DE975401C

DE975401C - Piston rod connection

Info

Publication number: DE975401C
Application number: DEG8533A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr-Ing Kammerer
Original assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Current assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Priority date: 1952-04-01
Filing date: 1952-04-01
Publication date: 1961-11-23

Description

Die Verbindungen zwischen einer Kolbenstange und einem Kolben oder zwischen den Kolbenstangen zweier hintereinanderliegender Zylinder einer Tandemmaschine werden bisher normalerweise mittels einer Verschraubung ausgeführt, indem auf die Kolbenstange ein Gewinde mit einem gegenüber dem Stangendurchmesser nur etwas verringerten Durchmesser geschnitten ist. Dabei werden die Kolben im allgemeinen durch eine die Stange umfassende Mutter gegen einen festen Bund der Stange verspannt. Bei einer Verbindung von zwei Kolbenstangen wird ebenfalls eine Mutter verwendet, welche meist geteilt ist und die beiden mit Gewinde versehenen Stangenenden kuppelt.The connections between a piston rod and a piston or between the piston rods two consecutive cylinders of a tandem machine are usually by means of a Screw connection carried out by placing a thread on the piston rod with a diameter opposite the rod only slightly reduced diameter is cut. The pistons are generally braced against a fixed collar of the rod by a nut surrounding the rod. With a connection a nut is also used by two piston rods, which is usually divided and the couples two threaded rod ends.

Solche bekannten Kolbenstangenverbindungen haben den Nachteil, daß der Kraftfluß vom hinteren Kolben einer Tandemmaschine in der jeweiligen Richtung und in voller Größe über das eine Stangengewinde in das Muttergewinde und von hier in das andere Stangengewinde geleitet wird. Aber auch wenn es sich um eine ungeteilte Kolbenstange handelt, werden die Kräfte des hinteren Kolbens durch eine Stange geleitet, die an der Befestigungsstelle des vorderen Kolbens mit Gewinde versehen ist. Deshalb müssen die Stangenquerschnitte so bemessen werden, daß die in den Gewindekerben auftretenden Spannungsspitzen nicht unzulässig hoch werden; es darf also die höchste Wechselspannung den für Gewindeverbindungen zulässigen Grenzwert von etwa ±5 kg/mm² nicht überschreiten. Infolgedessen ergeben sich schwere Stangenkonstruktionen mit großen Massenkräften, die einen unruhigen Lauf der Maschine zur Folge haben, obwohl die Stangen bezüglich der Beanspruchung in ihrem gewindefreien Teil erheblich leichter ausgeführt werden könnten.Such known piston rod connections have the disadvantage that the power flow from the rear piston of a tandem machine is conducted in the respective direction and in full size via one rod thread into the nut thread and from here into the other rod thread. But even if it is an undivided piston rod, the forces of the rear piston are passed through a rod which is provided with a thread at the attachment point of the front piston. The rod cross-sections must therefore be dimensioned in such a way that the stress peaks occurring in the thread notches do not become impermissibly high; the highest alternating voltage must therefore not exceed the limit value of approximately ± 5 kg / mm ^{2 permissible for threaded connections.} As a result, there are heavy rod constructions with large inertia forces, which result in an uneven running of the machine, although the rods could be made considerably lighter in terms of the stress in their thread-free part.

Zur Beseitigung dieser Mängel geht die Erfindung von dem an sich bekannten Prinzip der Vorspannung aus. Man hat in diesem Zusammenhang zwar schon eine Verbindung von zwei Kolbenstangenenden mitTo eliminate these deficiencies, the invention is based on the principle of pretensioning, which is known per se the end. In this context, there is already a connection between two piston rod ends

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teils auf Zug, teils auf Druck vorgespannten Gliedern ausgeführt. Dabei müssen aber trotzdem die auf den beiden sich gegenüberliegenden Kolbenstangenenden vorgesehenen Gewinde mindestens in den ersten, nicht verspannten Gängen den vollen Spannungswechsel zwischen der größten Druckkraft und der größten Zugkraft übertragen. Auch haben die Gewinde der Spannbolzen die volle Zugkraft derselben aufzunehmen. Bei einer anderen Ausführung ist eine sich zwischen zwei* Kreuzköpfen erstreckende, im Bereich eines dazwischenliegenden Kolbens nicht unterteilte Kolbenstange mittels zweier Druckhülsen auf Zug vorgespannt, so daß Wechselbeanspruchungen vermieden werden. Immerhin muß von den auf den entgegengesetzten Kolbenstangenenden vorgesehenen Gewinden auch in diesem Falle die vom übrigen Stangenquerschnitt zu übertragende Zugkraft in voller Größe aufgenommen werden. Abgesehen davon ist dort ein Ausbau des Kolbens nur nach Lösen der einen Kreuzkopfverbindung und Verschieben des betreffenden Kreuzkopfes oder der Kolbenstange um mindestens ihre halbe Länge möglich.partly on tension, partly on compression pre-tensioned links. However, the two opposing piston rod ends provided thread at least in the first, not tense gears the full tension change between the greatest compressive force and the greatest Transferring tensile force. The threads of the clamping bolts also have to absorb the full tensile force of the same. In another embodiment, one extending between two * cross heads is in the area an intermediate piston, not subdivided piston rod by means of two pressure sleeves on train prestressed so that alternating loads are avoided. After all, it has to go from one to the other In this case, too, the threads provided for the piston rod ends are those of the rest of the rod cross-section the tensile force to be transmitted can be absorbed in full. Besides that there is a The piston can only be removed after loosening one of the crosshead connections and moving the relevant one Cross head or the piston rod by at least half its length possible.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verbindung zweier sich gegenüberliegender Kolben-. 25 stangenenden mittels mindestens eines teils auf Zug, teils auf Druck vorgespannten Systems, das im Bereich der Zugvorspannung eine größere Elastizität hat als im Bereich der Druckvorspannung, wobei jedes auf Zug vorgespannte Teil als Dehnschraube mit gegenüber dem Gewindekerndurchmesser kleinerem Schaftdurchmesser ausgebildet ist.The invention relates to an arrangement for connecting two opposing pistons. 25 rod ends by means of at least one part on tension, system, which is partly under pressure and has a greater elasticity in the area of tensile prestress than in the area of compressive prestressing, with each tensile prestressed part as an expansion screw opposite the thread core diameter is formed with a smaller shaft diameter.

Erfindungsgemäß ist dieses System entweder an den beiden gegenüberliegenden Kolbenstangenenden, die als Dehnschrauben ausgebildet sind und mit auf Druck vorgespannten Hülsen- - zusammenwirken, oder an einem als Hülse, Kolben oder Tragschuhkörper ausgebildeten Verbindungskörper vorgesehen, der durch Dehnschrauben auf Druck vorgespannt ist. An Stelle einer solchen Alternative kann das betreffende System gemäß der Erfindung auch sowohl an den beiden gegenüberliegenden Kolbenstangenenden, die als Dehnschrauben ausgebildet sind und mit auf Druck vorgespannten Hülsen zusammenwirken, als auch an den die Kolbenstangen verbindenden Mitteln vorgesehen sein, die aus Dehnschrauben und mindestens einem auf Druck vorgespannten Verbindungskörper bestehen.According to the invention, this system is either at the two opposite piston rod ends, which are designed as expansion screws and with sleeves preloaded under pressure - cooperate, or on designed as a sleeve, piston or support shoe body connecting body provided through Expansion screws is pretensioned under pressure. Instead of such an alternative, the relevant system according to the invention also both at the two opposite piston rod ends, which act as expansion screws are designed and cooperate with pressure-pretensioned sleeves, as well as on the means connecting the piston rods can be provided, consisting of expansion screws and at least consist of a connection body pretensioned under pressure.

Der Gegenstand der Erfindung und die mit diesem erreichten Vorteile sind in der nachstehenden Be-Schreibung an Hand verschiedener Ausführungsbeispiele und sonstiger Darstellungen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe object of the invention and the advantages achieved with it are in the description below on the basis of various exemplary embodiments and other representations in the drawing explained in more detail. It shows

Abb. ι bekannte Kolbenstangen-Gewinde-Verbindungen, Fig. Ι well-known piston rod thread connections,

Abb. 2 das Zug-Druck-Spannungsdiagramm für Verbindungen nach Abb. 1,Fig. 2 the tension-compression-stress diagram for connections according to Fig. 1,

Abb. 3 ein auf Zug bzw. Druck elastisch vorgespanntes System,Fig. 3 a system that is elastically pretensioned on tension or compression,

Abb. 4 das Zug-Druck-Spannungsdiagramm für ein System nach Abb. 3 undFig. 4 shows the tension-compression-stress diagram for a system according to Fig. 3 and

Abb. 5 bis 7 drei verschiedene Kolbenstangenverbindungen gemäß der Erfindung unter Verwendung von Vorspannungssystemen nach Abb. 3.Fig. 5 to 7 using three different piston rod connections according to the invention of pre-tensioning systems according to Fig. 3.

In Abb. ι sind zwei hintereinanderliegende Kolbenstangen i, 2 einer Tandemmaschine veranschaulicht, die in der bisher üblichen Weise miteinander durch eine auf ihre mit Gewinde versehenen Enden aufgesetzte, axial geteilte Mutter 3 und mit den zugehörigen beiden Kolben 4 bzw. 5 ebenfalls mittels je einer Mutter 6 bzw. 7 verbunden sind, welche einen anderen Gewindeteil der Stangen umfassen und die Kolben gegen einen Stangenbund verspannen. In diesem Falle werden bei einer Kraft P des doppeltwirkenden hinteren Kolbens 5 die Gewinde auf den beiden durch die Mutter 3 verbundenen Stangenenden und das Stangengewinde im Bereich des vorderen Kolbens 4 mit der vollen Wechselspannung zwischen -j-P und —P im Sinne des Diagramms nach Abb. 2 beansprucht. Demgegenüber liegen die Verhältnisse bei einem System nach Abb. 3 anders; dort ist beispielsweise eine Dehnschraube 8 gegen eine konzentrisch zu ihr angeordnete Ringhülse 9 verspannt. Für dieses System sei nach Abb. 4 eine flachere Federkonstante Fs der Dehnschraube und eine steilere Federkonstante Fs. der Hülse angenommen; dann ergibt sich bei einer Vorspannkraft F eine positive Längenänderung Δ is für die Dehnschraube und eine negative Längenänderung Ath für die Hülse. Wenn nun unter diesen Voraussetzungen das betreffende, auf Zug bzw. Druck vorgespannte System zusätzlich einer abwechselnden Zug- und Druckkraft von der Größe P ausgesetzt wird, so wirkt sich die letztere auf die vorgespannte Dehnschraube nur als überlagerte Wechselspannung von der Größe Pz aus. Gerade die für die Dauerhaltbarkeit eines Bauteiles besonders gefährlichen Wechselbeansprachungen sind dadurch also wesentlich verringert worden und beschränken sich für die Dehnschraube auf den Zugbereich. Das_ Ausmaß der Belastungsschwankungen der Dehnschraube hängt, wie aus dem Diagramm erkennbar ist, von dem Unterschied der durch die Federkonstanten dargestellten Elastizitätseigenschaften der betreffenden, in entgegengesetztem Sinne vorgespannten Körper ab.In Fig. Ι two one behind the other piston rods i, 2 of a tandem machine are illustrated, which in the usual manner with each other by an axially split nut 3 placed on their threaded ends and with the associated two pistons 4 and 5, each also by means of one Nut 6 and 7 are connected, which comprise another threaded part of the rods and brace the piston against a rod collar. In this case, the double-acting rear piston will be at a power P 5, the threads on the two connected by the nut 3 bar ends and the rod threads in the area of the front piston 4 with the full AC voltage between -JP and - P within the meaning of the diagram of Fig. 2 claimed. In contrast, the situation in a system according to Fig. 3 is different; there, for example, an expansion screw 8 is braced against an annular sleeve 9 arranged concentrically to it. For this system, a flatter spring constant Fs of the expansion screw and a steeper spring constant Fs of the sleeve are assumed according to Fig. 4; then with a pretensioning force F there is a positive change in length Δis for the expansion screw and a negative change in length Ath for the sleeve. If, under these conditions, the relevant tensile or compressive preloaded system is additionally exposed to an alternating tensile and compressive force of size P , the latter only has an effect on the preloaded expansion screw as a superimposed alternating voltage of size Pz . In particular, the alternating stresses, which are particularly dangerous for the durability of a component, have thus been significantly reduced and are limited to the tensile area for the expansion screw. As can be seen from the diagram, the extent of the fluctuations in the load on the expansion screw depends on the difference in the elasticity properties of the bodies concerned, which are pretensioned in the opposite sense, as represented by the spring constants.

Ein solches vorgespanntes System wird nun gemäß der Erfindung an mindestens einer Stelle bei Kolben-Stangenverbindungen benutzt. Nach Abb. 5 geschieht das in der Weise, daß zwei Kolbenstangen an ihren einander zugekehrten Enden abgesetzt und dort selbst als Dehnschrauben 10, 11 ausgebildet sind, wobei auf diesen Enden je eine Hülse 12, 13 unter Druckvorspannung angeordnet ist. Die betreffenden Hülsen haben einen Flansch, der als Widerlager für die ebenfalls als Dehnschrauben ausgebildeten, durch eine zwischengeschaltete Zentrier- und Abstandshülse 14 hindurchgeführten Verbindungsmittel 15 dient. Bei 1x5 dieser Ausführung sind also drei Verschraubungen dehnbar vorgespannt; obwohl ihre Querschnitte kleiner sind als der Kernquerschnitt eines üblichen Stangengewindes, werden sie doch entsprechend den obigen Darlegungen bei gleichen Zug-Druck-Kräften in viel geringerem Maße durch Wechselspannungen beansprucht. Such a pretensioned system is now, according to the invention, at least one point in piston-rod connections used. According to Fig. 5 this is done in such a way that two piston rods on their mutually facing ends are offset and there themselves are designed as expansion screws 10, 11, with on these ends each have a sleeve 12, 13 under compressive prestress is arranged. The sleeves in question have a flange that acts as an abutment for the also designed as expansion screws by an interposed centering and spacer sleeve 14 through connecting means 15 is used. With 1x5 of this version there are three screw connections stretchable pre-tensioned; although their cross-sections are smaller than the core cross-section of a standard rod thread, but according to the explanations above, they will be in large numbers with the same tensile-compressive forces less stressed by alternating voltages.

Die Ausführung nach Abb. 6 unterscheidet sich von der vorhergehenden im wesentlichen nur dadurch, daß an Stelle der Zentrier- und Abstandshülse ein Kolben angeordnet ist. Die übrigen Teile, wie Kolben-The embodiment according to Fig. 6 differs from the previous one essentially only in that a piston is arranged in place of the centering and spacer sleeve. The remaining parts, such as piston

stangen ίο, ii, Spannhülsen 12, 13 und Verbindungsschrauben 15, sind deshalb mit den gleichen Bezugszeichen wie in Abb. 5 versehen. Diese neuartige Kombination von Kolbenbefestigung und Kolbenstangenkupplung hat, abgesehen von der im Sinne des Erfindungsgedankens erreichten geringeren Wechselbeanspruchung der Verschraubungen, auch noch den Vorteil einer erleichterten Montage und Durchführung von Reparaturarbeiten. Der Kolben und die Kolbenringe des vorderen Zylinders können aus- und eingebaut werden, ohne den Kreuzkopf und die Treibstange ausbauen oder den hinteren Zylinder verschieben zu müssen. Außerdem kann das Zwischenstück kürzer als sonst ausgebildet werden, da im Bereich desselben keine Stangenkupplung mehr vorgesehen zu werden braucht.Rods ίο, ii, clamping sleeves 12, 13 and connecting screws 15 are therefore provided with the same reference numerals as in Fig. 5. This novel combination of piston attachment and piston rod coupling has, apart from that within the meaning of the inventive concept achieved lower alternating stress on the screw connections, also the advantage easier assembly and repair work. The piston and the piston rings of the front cylinder can be removed and installed without the cross head and the connecting rod remove or move the rear cylinder. In addition, the intermediate piece be made shorter than usual, since in the area of the same no rod coupling is provided needs to be.

Schließlich läßt Abb. 7 noch eine weitere Ausführungsform erkennen, die für solche Fälle in Betracht kommt, in denen die Verwendung geteilter Stopfbüchsen möglich ist, so daß auf die Anordnung abnehmbarer Flanschhülsen auf den Kolbenstangenenden verzichtet werden kann. Statt dessen haben die Stangen 17, 18 je einen festen, z. B. angeschmiedeten Bund 19 bzw. 20; diese Bunde dienen als Widerlager für die wieder einen zwischengeschalteten Kolben 21 auf Drück vorspannenden Verbindungs-Dehnschrauben 15.Finally, Fig. 7 shows a further embodiment which can be used for such cases comes in which the use of split glands is possible, so that the assembly can be removed Flange sleeves on the piston rod ends can be dispensed with. Instead, they have Rods 17, 18 each have a fixed, z. B. forged Federal government 19 or 20; these collars serve as abutments for the again an interposed piston 21 Pressure pre-tensioning connecting expansion screws 15.

Mit den beschriebenen und dargestellten Beispielen sind die Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung jedoch keineswegs erschöpft. So kann etwa bei Verbindungen nach Abb. 5 und 6 die Kupplung zwischen nur einem Kolbenstangenende und der Buchse bzw. dem Kolben über ein vorgespanntes System erfolgen oder bzw. und auf die zusätzliche Druckvorspannung des betreffenden zwischengeschalteten Körpers verzichtet werden. Der letztere kann übrigens in allen Fällen einschließlich der Ausführung nach Abb.7 nicht nur eine Buchse oder ein Kolben, sondern auch ein sonstiger, in diesem Zusammenhang in Betracht kommender Körper, z. B. ein Tragschuhkörper, sein.With the examples described and illustrated are the possible embodiments of the invention but by no means exhausted. For example, with connections according to Fig. 5 and 6, the coupling between only one piston rod end and the bushing or the piston are carried out via a pretensioned system or or and waived the additional pressure bias of the intermediate body in question will. The latter can, by the way, in all cases including the design according to Fig.7 not only a bushing or a piston, but also another, in this context into consideration coming body, e.g. B. a support shoe body.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Arrangement for connecting two opposing piston rod ends by means of at least one system which is partly tensioned and partly compression-tensioned, which has a greater elasticity in the tensile tension area than in the compression tension area, with each tension-tensioned part as an expansion screw with a smaller diameter than the thread core diameter Shaft diameter is formed, characterized in that this system is either on the two opposite piston rods, which are designed as expansion screws (10, 11) and cooperate with sleeves (12, 13) prestressed under pressure, or on one as a sleeve (14), Piston (16, 21) or support shoe body formed connecting body is provided, which is prestressed by expansion screws (15) under pressure.

2. Arrangement for connecting two opposite piston rod ends by means of at least a system pretensioned partly on tension, partly on compression, the one in the area of tensile pre-tensioning has a greater elasticity than in the area of the compressive prestress, each of which is prestressed in tension Part is designed as an expansion screw with a shaft smaller than the thread core diameter, characterized in that this system both at the two opposite piston rod ends, which act as expansion bolts (10, 11) are formed and cooperate with sleeves (12, 13) pretensioned under pressure, as well as on the means connecting the piston rods, which consist of expansion screws (15) and of at least one connection body (14, 16) pretensioned under pressure exist.

Considered publications:
German patent specification No. 161 473.

1 sheet of drawings